第一百五十八章 钢铁（1/2）
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水泥的事告一段落以后，刘盈没有急着去碰钢铁。不是不想碰，是钢铁碰起来远比水泥复杂——这种复杂不是在账上，是在矿上，在炉子里，在市场端根本消化不掉的那堆库存上。在未央宫翻了半天物资平衡表之后，刘盈换了身便服，叫上少府丞，出城去了栎阳。
栎阳钢铁基地的烟柱在渭水北岸已经烧了快十年。马车沿直道走了不到半个时辰，焦炭味就一层层厚起来。到了厂区门口，焦味里又掺了铁锈的腥气、石灰的呛味和轧机轴承上蓖麻油高温蒸出来的那种黏糊糊的焦香。老郑在门口等着，手背上的烫疤在晨光里泛着暗褐色。
“陛下怎么亲自来了。“
“宫里看不见炉子。“
栎阳基地有三座高炉。三座炉子，三个脾气，没有一座跟另一座一样——但不一样的原因，不是刘盈当初设计的时候没算好，是矿的问题从根子上就不是算术能解决的。
惠帝元年开始设计一号高炉的时候，刘盈给定的铁矿石品位基准是百分之三十五。这个数字不是拍脑袋想的——南山矿场第一批探槽样品的化学溶解法标定结果就在三十五附近浮动，高的能到三十七八，低的三十出头。百分之三十五不丢人。十九世纪英国不少高炉吃的矿也就这个水平。真正的问题不是品位的绝对值，是品位和成分的波动。同一座山，同一层矿体，从东头挖到西头，含铁量能差四五个点，硅含量能差两三个点，磷硫更不用说了——有时候一车矿石看起来跟上一车一模一样，进了炉子以后渣的流动性完全两样。
矿是活的。石灰石也是活的。北山石灰石矿的采面上，表层和深层的碳酸钙含量差了将近一成，镁含量倒过来差一倍。焦炭倒是越来越好——大焦炉投产以后灰分稳定在百分之十以下，强度也够——但焦炭好了，矿石和石灰石跟不上，配合比还是每天都要微调。刘盈手里有化学溶解法可以标定每批料的主要成分，酸溶、沉淀、过滤、称重——这套流程在太学实验室里半天就能出一份检测报告。问题是等报告出来，矿已经卸在料场了，有时候甚至已经入炉了。高炉一天十二个时辰都在吃料，嘴巴不停。
所以一号炉的炉型设计从一开始就在几何参数上留了余量。炉喉直径比理论最优值放粗了一些，炉腰也放粗了一些——为的就是万一矿石品位突然掉下去，料柱高了以后不至于立刻偏料。这个设计思路在热力学上不优雅，但实用。老白——一号炉的名字，因为第一炉铁水颜色白得扎眼——这十年来经历过南山矿贫富矿交替、北山石灰石采面切换、焦炭从土窑换大窑，全扛住了。扛住不是因为它设计得好，是设计的时候就预留了扛波动的空间。
二号炉建在惠帝三年。那时候南山矿的二号矿脉刚开始开采，矿石性质跟一号脉不一样——含铁量略高一点，但硅铝比差得多，渣的熔点整个偏了一个区间。刘盈拿着新矿的化验数据重新校了一遍热平衡，把炉型参数又调了一版。所以二号炉的炉喉炉腰比例跟一号炉不一样。二号炉叫歪嘴子，因为建炉的时候地基有一侧稍微软了一点，老郑拍板说就这么浇混凝土吧，偏两度不影响出铁。确实不影响，但铁水流出来的时候总是歪向一边。
三号炉是惠帝五年建的，最大，也最复杂。炉容上去以后，炉内径向温度分布的均匀性问题就比小炉子突出了——中心比边缘能高出近百度。刘盈在设计阶段就知道这个问题，解决办法是加大热风温度以补偿边缘气流温度，但热风温度一高，蓄热室的砖格就吃不消。热风总管出口的铋锑双金属热电偶在三号炉投产后第三个月就开始出现异常波动——热风温度每隔几十个呼吸跳一次，幅度不大但频率规律。刘盈拿到数据以后算了一晚上，确认是蓄热室砖格微裂纹导致的气流短路。三号炉的蓄热室走的是双层蓄热室设计，热效率比前两座都好，但温变应力对砖格的要求也更高。刘盈被迫把风温压到低于设计值——三号炉的指标从来没有被拉满过。
说到砖——三座炉子的耐火材料，现在清一色都是铝镁复合砖。这件事在栎阳的老工人中间是个经久不衰的谈资，因为它的来路实在是过于顺理成章，又过于出人意料。
黏土耐火砖一开始确实用过，一号炉开炉头几个月用的就是黏土砖。选料、筛分、过滤、成型——这些工序从一开始就上了，刘盈不可能在这种基础环节上还搞什么试错。黏土砖的耐火度在正常工况下够用，但南山矿的矸石偏碱性，渣的碱度比预期高，黏土砖耐酸性渣可以，碰上高碱度渣就被慢慢腐蚀，炉衬寿命不如预期。
刘盈没有在黏土砖上继续下功夫。因为几乎在同一时期，另外两条产业线上冒出来的副产品刚好撞在了一起。一条线是瓷器。汝窑、官窑那一整套高温瓷体系被移植到关中以后，为了烧出够白的瓷胎，少府的窑场一直在跟氧化铝打交道——瓷土里掺铝矾土可以提高白度和烧结温度。铝矾土在河东有小规模开采，经过碱法溶出可以得到纯度尚可的氧化铝粉。另一条线是海盐。胶州湾和盐田郡的晒盐场扩建以后，苦卤不再是晒完盐就排回海里的废液了——不是不能排，海边本来也淹不了农田，是排掉太可惜。苦卤里能提出氯化钾，那是钾肥，帝国开荒最缺的东西之一。提完钾以后剩下来的氯化镁，量大到用不完，张良一直在给它找去处。
张良是清华热机工程系出身，这点无机化学常识对他来说不构成任何挑战。氧化铝粉加氯化镁溶液，混合压坯，高温烧结，出来的是镁铝尖晶石复合砖——耐火度远超黏土砖，抗碱性渣侵蚀的能力强到近乎荒谬。这不是什么碰运气，这是一个受过完整工科教育的人看到手头有两样中间产品、知道它们的化学性质、然后做了一个任何一个无机非金属材料方向的研究生都会做的反应实验。
问题是这种东西的成本结构，放在任何一本正常的经济学教科书里都属于不应该存在的那一页。氧化铝是瓷器产业的中间品，氯化镁是海盐苦卤提完钾以后几乎不要钱的废料。两样加在一起，铝镁复合砖的单位成本并没有比黏土砖贵多少——但性能严重过剩。它的耐火度足够去砌平炉蓄热室的顶盖，足够去砌电弧炉的炉衬，而高炉炉腹炉缸的工况根本用不着这个级别的耐火材料。刘盈第一次看到试验数据的时候，在报告旁边批了四个字：技术过剩。
但过剩就过剩。成本不贵，性能溢出，那就换上。三座高炉的炉腹炉缸全部换成了铝镁复合砖以后，炉衬寿命从几个月拉到了两年以上，大修周期翻了四五倍。老郑有一次感慨，说这砖太好了，好到炉前工都快忘了炉衬侵蚀是什么感觉了。刘盈当时的回答是：“只要海盐工业还在晒盐，苦卤里的钾就得提。只要提钾，氯化镁就不会断。盐酸电解一开，三酸两碱的循环就闭了，海盐只会扩产，不会减产。“
这就是超额利润养出来的奇怪经济性。正常的工业史是先有需求后有供给，缺什么补什么。刘盈的体系经常反过来——先有了海盐苦卤提完钾以后的氯化镁，先有了瓷器产业的氧化铝，两样东西碰在一起蹦出来一个镁铝尖晶石，至于高炉需不需要这个级别的耐火材料——等砖烧出来以后再说。
高炉区转完以后，老郑领着他和少府丞穿过轧制车间，沿一条铺了河沙的小路走到一片被围墙单独圈起来的低矮砖房前面。路面铺河沙是为了绝缘。推门进去，是一个电气试验室。
试验室里有两台已经组装完成的电机。一台是已经定型的熟铁红铜鼓形电枢发电机——两千瓦出头，转子连着渭水水车轴系，定子铁芯是熟铁叠片，线圈绕的是火法精炼铜。老郑说这台已经连续跑了近百个时辰，转子动平衡越来越好，轴承也磨顺了。它现在直接挂在渭水水车轴系上，白天给试验室供电，晚上给厂区照明——二十几个碳丝灯泡，够用了。
另一台个头大得多，固定在水泥台座上，设计功率五千瓦。定子铁芯用的精炼钢，碳含量压到了千分之一以下，电阻率比熟铁强一些，但涡流损耗在两千瓦以上就急剧增大，温升太高，只能降功率跑。下一步要上硅钢——硅钢的电阻率比精炼钢高一个数量级，涡流损耗能降下来。但硅钢的工艺还卡着。
刘盈围着大电机转了一圈，又蹲下来看工作台上一块拆下来的铁芯叠片。边角有剪切毛刺。就这么个粗糙到寒酸的东西，让未央宫比天下所有宫殿都更早亮起了灯。
“硅钢还差多远？“少府丞问老郑。
“三步。第一步是工业硅。电弧炉炼的硅，纯度已经能到百分之九十八以上，但再往上就难了——百分之九十九点五是做硅钢的门槛。第二步是轧制——硅含量百分之三到四的硅钢薄板，热轧到一毫米多，冷轧到零点三到零点五毫米，中间退火控晶粒取向。每一步的工艺参数都得在炉子上摸。第三步是绝缘涂层，磷酸盐的，张太傅那边在搞。“
硅钢之外，电气试验室的工作台上还有一摞看起来跟电机没什么直接关系的报告——铝土矿的化学分析、Naoh消耗核算、冰晶石合成记录。少府丞翻了翻，没说话。刘盈自己心里已经把整条线过了一遍。
铝土矿在河东有。拜耳法——碱溶出铝、稀释析出氢氧化铝、煅烧得氧化铝——这整套工艺张良不存在任何障碍，压煮器的温度和压力跟栎阳现有的蒸汽锅炉比不算什么。冰晶石的合成路线也通了：萤石加硫酸出氢氟酸，氢氟酸加氢氧化铝出氟铝酸，氟铝酸加Naoh中和，冰晶石。全程湿法，不需要金属铝做原料。电解槽里冰晶石熔融，氧化铝溶进去，通电，阴极出铝。原理上没有任何卡点。
卡的是电。电解一吨铝要一万五千度电。栎阳所有水车发电机的总功率加在一起——包括这台还没上线的五千瓦——也就几十千瓦。全开满，一年也就炼几百斤。几百斤铝。
靠墙的架子上就摆着这么一排小物件——几只铝制的小杯和一把铝勺，表面微微泛着青白色的钝光，旁边暗沉的铁器和红铜件一比，像另一种物质。铝勺拿在手里几乎没有重量。杯底刻着四个小字：“栎阳试制“。帝国第一只铝杯。未来十年大概也是唯一一批。
少府丞把铝杯放回架子上，还是没说话。她管了五年账，不需要问“为什么不能多炼“。电不够就是不够。而之所以不够，是因为电解铝是眼下唯一真正能吃大功率电力的负载——宫里装了几台电动机带风扇和提自来水，不冒烟不震地板，但吃掉的电跟丰水期白白流走的相比不值一提。电弧炉炼工业硅也是个电老虎，但电弧炉的功率上限受限于发电机，发电机受限于硅钢，又绕回去了。电解铝是唯一一个给多少电吃多少电的负载，但吃的电越多，产出的铝越不值钱。
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